一气体的最基本特征ppt课件

1、一、气体的最根本特征：一、气体的最根本特征：第一章第一章 气体与热化学方程式气体与热化学方程式 1.1 1.1气体气体1、分散性、分散性2、可紧缩性、可紧缩性气体存在形状的四个物理量：气体存在形状的四个物理量：P、T、V、n波义尔定律：当波义尔定律：当n和和T一定时，气体的一定时，气体的V与与p成反比成反比 V 1/p 1查理查理-盖吕萨克定律：盖吕萨克定律： n和和p一定时，一定时，V与与T成正比成正比 V T 2阿佛加德罗定律：阿佛加德罗定律：p与与T一定时，一定时，V和和n成正比成正比 V n 3以上三个阅历定律的表达式合并得以上三个阅历定律的表达式合并得V nT/p (4)实验测得实验

2、测得4的比例系数是的比例系数是R，于是得到，于是得到 pV=nRT (5) 这就是理想气体形状方程式这就是理想气体形状方程式留意：留意：R的取值，的取值，P、V、n、T单位之间关系单位之间关系 二、理想气体形状方程表达式二、理想气体形状方程表达式理想气体：为研讨气体性质的方便，可以想象一种理想气体：为研讨气体性质的方便，可以想象一种气体，能严厉遵守气体，能严厉遵守pV =nRT恒量恒量1理想气体的宏观描画：可以严厉遵守气体理想气体的宏观描画：可以严厉遵守气体三个实验定律或严厉遵守的气体叫做理想气三个实验定律或严厉遵守的气体叫做理想气体体2理想气体的微规模型：我们把分子间不存理想气体的微规模型：

3、我们把分子间不存在相互作用力除碰撞外，并且分子是没有大在相互作用力除碰撞外，并且分子是没有大小的质点的气体叫做理想气体小的质点的气体叫做理想气体3理想气体是从实践气体笼统出来的物理模理想气体是从实践气体笼统出来的物理模型型 理想气体是不存在的，但在温度不太低，压强不理想气体是不存在的，但在温度不太低，压强不太大的情况下，可将实践气体看做是理想气体太大的情况下，可将实践气体看做是理想气体 在规范情况下，在规范情况下，1mol气体的体积气体的体积 , 代入式代入式(11)得得3322.414 10mVm333101.325 1022.414 101273.158.314 /()pVPamRnTmo

4、lKJ mol KR的数值与气体的种类无关，所以也称通用气体常数。的数值与气体的种类无关，所以也称通用气体常数。物质的量物质的量n与质量与质量m、摩尔质量、摩尔质量M的关系为的关系为mnM那么式那么式(11)可变换成可变换成 (12) mpVRTM结合密度的定义，那么式结合密度的定义，那么式(11)可以变换为可以变换为pMRT (13)它反映了理想气体密度随它反映了理想气体密度随T、p变化的规律。变化的规律。例例1-1：一个体积为：一个体积为40.0dm3的氮气钢瓶，在的氮气钢瓶，在25时时，运用前压力为，运用前压力为12.5Mpa。求钢瓶压力降为。求钢瓶压力降为10.0 Mpa时所用去的氮气

5、质量。时所用去的氮气质量。解：作用前钢瓶中解：作用前钢瓶中N2的物质的量为的物质的量为631112.5 1040.0 102028.314 (273.1525)pVnmolRT632210.0 1040.0 101618.314 (273.1525)p VnmolRT312()(202161)28.01.1 101.1mnn Mgkg作用后钢瓶中的作用后钢瓶中的N2的物质的量为的物质的量为那么所用氮气的质量为那么所用氮气的质量为小结：小结： 理想气体形状方程式的运用理想气体形状方程式的运用(1)计算计算p，V，T，n四个物理量之一。四个物理量之一。 运用范围：运用范围： 温度不太低，压力不太高

6、的真实气体。温度不太低，压力不太高的真实气体。pV = nRT(2) 气体摩尔质量的计算气体摩尔质量的计算mnMM = M r gmol-1mRTMpVmpVRTMpVnRT(3) 气体密度的计算气体密度的计算 =pMRTmRTMpV = m / VRTMp三三. 道尔顿分压定律道尔顿分压定律实践遇到的气体，大多数是由几种气体组成的气体混合物。实践遇到的气体，大多数是由几种气体组成的气体混合物。假设混合气体的各组分之间不发生反响，那么在高温低压下假设混合气体的各组分之间不发生反响，那么在高温低压下，可将其看作理想气体混合物。混合后的气体作不一个整体，可将其看作理想气体混合物。混合后的气体作不一

7、个整体，仍符合理想气体定律。，仍符合理想气体定律。分压：在一样温度下，各组分气体占有与混合气体一样体积分压：在一样温度下，各组分气体占有与混合气体一样体积时，所产生的压力叫做该气体的分压。时，所产生的压力叫做该气体的分压。1801年，英国科学家年，英国科学家道尔顿道尔顿(J.Dalton)从大量实验中总结出组分气体的分压与混从大量实验中总结出组分气体的分压与混合气体总压之间的关系，这就是著名的道尔顿分压定律。分合气体总压之间的关系，这就是著名的道尔顿分压定律。分压定律有如下两种表示方式：压定律有如下两种表示方式： 第一种表示方式：混合气体中各组分气体的第一种表示方式：混合气体中各组分气体的分压

8、之和等于该气体的总压力。例如，混合气体分压之和等于该气体的总压力。例如，混合气体由由C和和D两组分组成，那么分压定律可表示为：两组分组成，那么分压定律可表示为：(14) p(C)p(D)p总式中， 分别为C、D两种气体的分压。( )()p Cp D、第二种表示方式为：混合气体中组分第二种表示方式为：混合气体中组分 的分压的分压P 等于等于总压总压 乘以气体乘以气体 的摩尔分数的摩尔分数 。ip总ixiiippx总(15) 摩尔分数摩尔分数xi是指某气体的物质的量是指某气体的物质的量(ni)与混合气体的与混合气体的物质的量物质的量(n总总)之比。之比。iinxn总例题例题 某容器中含有某容器中含

9、有NH3NH3、O2 O2 、N2N2等气体的混合物。等气体的混合物。取样分析后，其中取样分析后，其中n nNH3NH3=0.320mol=0.320mol，n nO2O2=0.180mol=0.180mol，n nN2N2=0.700mol=0.700mol。混合气体的总压。混合气体的总压p=133.0kPap=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。试计算各组分气体的分压。答案答案: pNH3= 35.47kPa pO2 = 19.95kPa pN2 = 77.58kPa 分体积定律分体积定律分体积分体积: 混合气体中某一组分混合气体中某一组分B的分体积的分体积VB是该组份单独存是该组份

10、单独存在并具有与混合气体一样温度和压力时所占有的体积。在并具有与混合气体一样温度和压力时所占有的体积。pRTnVBBpRTnVBBBBVV或pnRTV pRTnnpRTnpRTnV2121BBBnnVVppVVxppBBBBBB 称为称为B的体积分数的体积分数BV = V1 + V2 + MPa2OMPa2N例例1-2：25时，装有时，装有0.3 的体积为的体积为1L的容器与装有的容器与装有0.06 的体积为的体积为2L的容器用旋塞衔接。翻开旋塞，待两边气的容器用旋塞衔接。翻开旋塞，待两边气体混合后，计算：体混合后，计算：1 的物质的量。的物质的量。2 的分压力。的分压力。3混合气体的总压力。

11、混合气体的总压力。4 的分体积。的分体积。 22O 、N22O 、N22O 、N分析：1混合前后气体物质的量没有发生变化：31120.3 101()0.128.314 (25273)pVn OmolRT32220.06 102()0.0488.314 (25273)p Vn NmolRT(2 ) 的分压是它们各自单独占有的分压是它们各自单独占有3L时所产生时所产生的压力。当的压力。当 由由1L添加到添加到3L时：时：22O 、N2O当 由2L添加到3L时：2N(3)混合气体总压力为：22()()0.10.040.14pp Op NMPa总(4) 的分体积：22O 、N22()0.1()32.1

12、40.14p OV OVLp总总22()0.04()30.860.14p NV NVLp总总小结：分压的求解：小结：分压的求解：x B B的摩尔分数的摩尔分数VRTnpBBpxpnnpxnnppBBBBBBVnRTp 3 分压定律的运用分压定律的运用1.2 化学反响中的能量关系化学反响中的能量关系一、概念和术语一、概念和术语1.体系和环境体系和环境体系：研讨对象体系：研讨对象环境：体系以外与其亲密相关的部分环境：体系以外与其亲密相关的部分敞开体系：与环境有物质交换也有能量交换敞开体系：与环境有物质交换也有能量交换封锁体系：与环境无物质交换有能量交换封锁体系：与环境无物质交换有能量交换孤立体系：

13、与环境无物质、能量交换孤立体系：与环境无物质、能量交换开放体系开放体系封锁体系封锁体系孤立体系孤立体系2. 过程和途径过程和途径过程：体系的形状发生变化，从始态变到终过程：体系的形状发生变化，从始态变到终 态时的经过。态时的经过。恒温过程：始态、终态温度相等，并且过程恒温过程：始态、终态温度相等，并且过程 中一直坚持这个温度。中一直坚持这个温度。 T1=T2恒压过程：始态、终态和外界压强坚持恒定恒压过程：始态、终态和外界压强坚持恒定 的过程。的过程。 p1 = p2 = p外外恒容过程：始态、终态容积相等，并且过程恒容过程：始态、终态容积相等，并且过程 中一直坚持这个容积。中一直坚持这个容积。

14、 V1=V2途径：变化过程中所阅历的每一种详细方式途径：变化过程中所阅历的每一种详细方式绝热过程：变化过程中体系和环境间没有热绝热过程：变化过程中体系和环境间没有热 量交换量交换4 105 Pa2 103 m36 105 Pa4 103 m32 104 Pa4 103 m34 105 Pa5 104 m3A1A2B1B2A途径B途径形状：体系的宏观性质的综合表现形状：体系的宏观性质的综合表现形状函数：描画体系形状性质的物理量形状函数：描画体系形状性质的物理量3. 形状和形状函数形状和形状函数特点：特点： 形状一定形状一定, 形状函数一定。形状函数一定。 形状变化形状变化, 形状函数也随之而变形

15、状函数也随之而变,且且 形状函数的变化值只与始态、终态形状函数的变化值只与始态、终态 有关有关, 而与变化途径无关。而与变化途径无关。形状函数的变化值也称改动量用形状函数的变化值也称改动量用 表示表示始态终态例如：例如：气体气体 25气体气体 50 气体气体 04.热和功热和功 当体系和环境之间存在着温度差时，两者之间就会发生能量的交换，热会自动地从高温的一方向低温的一方传送，直到温度相等建立起热平衡为止。热heat用符号Q表示。溶解过程中与环境交换的热称为溶解热；化学反响过程中与环境交换的热称为反响热。热力学上规定热力学上规定: 体系吸热，体系吸热，Q为正值；为正值； 体系放热，体系放热，Q

16、为负值。为负值。反响热反响热Q)：化学反响时，假设系统不做非体：化学反响时，假设系统不做非体积功，那么当反响终了时终态的温度恢复到积功，那么当反响终了时终态的温度恢复到反响前始态的温度时，系统所吸收或放出的反响前始态的温度时，系统所吸收或放出的热量称为该反响的反响热热量称为该反响的反响热Q)。能量传送的两种方式：热和功能量传送的两种方式：热和功功功 ( W ) 体积功：系统因体积变化对抗外力所做的功体积功：系统因体积变化对抗外力所做的功; 非体积功：除体积功外其他方式的功非体积功：除体积功外其他方式的功.本章只思索体积功；本章只思索体积功；热力学上规定：热力学上规定： 体系对环境做功，体系对环

17、境做功，W为负值；为负值； 环境对体系做功，环境对体系做功，W为正值。为正值。 热和功是能量传送的两种方式，它们与变化的途热和功是能量传送的两种方式，它们与变化的途径有关。当体系变化的始、终态确定后，径有关。当体系变化的始、终态确定后，Q和和W随着随着途径不同而不同，只需指明途径才干计算过程的热和途径不同而不同，只需指明途径才干计算过程的热和功，所以热和功都不是形状函数。功，所以热和功都不是形状函数。5.热力学能热力学能 热力学能thermodynamic energy又称内能，是体系中一切方式能量的总和。它包括体系中原子、分子或离子的动能平动能、转动能、电子运动能等，各种了、粒子间吸引和排斥

18、所产生的势能，以及化学键能、核能等。 热力学能以符号U表示，具有能量单位。 热力学能是形状函数。 实践运用中只需知道热力学能的变化值就足够了。根据能量与转化定律，体系热力学能的变化可以由体系与环境之间交换的热和功的数值来确定。二、化学反响中的能量变化二、化学反响中的能量变化1.定压反响热、焓和焓变定压反响热、焓和焓变定压反响热效应具有实践意义。定压反响热效应具有实践意义。在定压下进展的化学反响，如有体积变在定压下进展的化学反响，如有体积变化时化时,那么要做体积功。那么要做体积功。定压下的化学反响普通只做体积功，定压下的化学反响普通只做体积功， W = - PV按热力学第一定律，在定压下进展的化

19、学反响按热力学第一定律，在定压下进展的化学反响的热力学能变化为的热力学能变化为热力学上定义热力学上定义H=U+PV，取名为焓，取名为焓(enthalph)，即以，即以H表示。这样得出：表示。这样得出：ppUQWQp V 17 21pQHHH 18 H为体系的焓变为体系的焓变(chang of enthalpy)，具有能量单位。即温度一定时，在定压只做体具有能量单位。即温度一定时，在定压只做体积功时，体系的定压反响热积功时，体系的定压反响热Qp在数值上等于体在数值上等于体系的焓变。因此焓可以以为是物质的热含量，系的焓变。因此焓可以以为是物质的热含量，即物质内可以转变为热的能量。即物质内可以转变为

20、热的能量。 焓像热力学能那样，不能确定其绝对值，在实践运用中涉及的都是焓变H。通常规定：通常规定： 放热反响放热反响 H0从Qp= H，可由热力学第一定律U= Qp-pV 得到(1 9)HUp V 由此可知，定压下H- U，就是体系经由定压过程发生变化时所做的体积功。对始态和终态都是液体或固体的变化来说，有(1 10)HU 对于有气体参与的反响，如对于有气体参与的反响，如2222( )( )2( )HgO gH O g假定反响物和生成物都具有理想气体的性质，那么假定反响物和生成物都具有理想气体的性质，那么2121()()p Vp VVnn RTnRT 反响前后，气体的物质的量改动为反响前后，气

21、体的物质的量改动为n，它等于气体生成，它等于气体生成物的物质的量总和减去气体反响物的物质的量总和。物的物质的量总和减去气体反响物的物质的量总和。在上述反响中在上述反响中312(12)1,298.151 8.314 10298.152.479nTKp VnRTkJ mol 当时， 由此可见，即使在有气体参与的反响中，由此可见，即使在有气体参与的反响中，pV与与H相比也只是一个较小的值。因此，相比也只是一个较小的值。因此，在普通情况下，可以为在普通情况下，可以为HU 表示化学反响及其反响热关系的化学反响方程式表示化学反响及其反响热关系的化学反响方程式 。22212()()2()(298.15)48

22、3.64HgOgH OgHKkJm ol 2、热化学方程式、热化学方程式 该式阐明，温度为298.15K，诸气体压力均为规范压力p (100kPa)时，在定压条件下(大多数反响都是在定压条件下进展的)，耗费2molH2(g)和1molO2(g),生成2molH2O(g)所放出的热量为483.64kJ。规范形状与规范焓变规范形状与规范焓变热力学规定的物质规范形状：气态物质是压热力学规定的物质规范形状：气态物质是压力为力为100KPa的理想气体；液态或固态是在的理想气体；液态或固态是在100KPa压力下，其相应的最稳定的纯真物压力下，其相应的最稳定的纯真物；对于溶液，溶质的规范态是它的质量摩尔；对

23、于溶液，溶质的规范态是它的质量摩尔浓度为浓度为1mol/kg。诸物质处于规范形状时的反响焓变，称规范诸物质处于规范形状时的反响焓变，称规范焓变。焓变。反响物和生成物都处于规范态反响温度反响进度为1 mol反响reaction焓的变化(298.15 K)r mH规范摩尔反响焓变规范摩尔反响热规范摩尔反响焓变规范摩尔反响热书写热化学方程式书写留意点：书写热化学方程式书写留意点：(1) 注明温度等反响的条件(2) 注明物质的聚集形状或晶形:气态, g(gas);液态, l(liguid);固态, s(solid)12Hm 241.8kJmol1H2(g) + O2(g) H2O(g)12H2(g)

24、+ O2(g) H2O(l)Hm 285.8kJmol112(3) 方程式中的配平系数只表示计量数, 不表示分子数, 故可写成分数. 反响热数值随计量数不同而不同,焓变必需和一个化学反响式相对应。如：2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)Hm 571.6kJmol14H2(g) + O2(g) H2O(l)Hm 285.8kJmol1123(4) 逆反响的热效应与正反响的热效应 数值一样而符号相反Hm 241.8kJmol1H2O(g) H2(g) + O2(g)3H2(g) + O2(g) H2O(g)Hm 241.8kJmol112125 ( 3 ) 和 ( 6 ) 对比，看出互逆的

25、两个反响之间热效应的关系。 ( 3 ) 和 ( 4 ) 对比，看出写出物质存在形状的必要性。 ( 4 ) 和 ( 5 ) 对比，看出计量数不同对热效应的影响。 从 ( 1 ) 和 ( 2 ) 对比，看出注明晶型的必要性。C (石墨) + O2 (g) CO2 (g) rHm = 393.5 kJmol1 (1)C (金刚石) + O2 (g) CO2 (g) rHm = 395.4 kJmol1 (2)H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (g) rHm = 241.8 kJmol1 (3)H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l) rHm = 285.8 kJmol1

26、(4)2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l) rHm = 571.6 kJmol1 (5)H2O (g) H2 (g) + 1/2 O2 (g) rHm = + 241.8 kJmol1 (6)3. 规范摩尔生成焓 某温度下,在规范形状时，由元素的最稳定的单质生成单位物质的量(1mol)某纯物质的反响焓变, 称为该温度下该物质的规范摩尔生成焓 (DfHm, Jmol1, 简称规范生成热)。例如：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) fHm=-285.83kJmol-1C(石墨+O2(g)=CO2(g) fHm=-393.5kJmol-1 规范形状：规范形状：液、固体100

27、,pkPa下 纯物质溶液 溶质的浓度 C =1molL-!气体10325100kPa pPa理想气体 处于规范形状下的各元素的最稳定的单质的规范生成热为零。(碳的稳定单质有石墨和金刚石，指定石墨的规范摩尔生成焓等于零。由稳定单质转变为其他方式单质时，也有焓变： 各种化合物的fHm在化学手册中可以查到。利用这些fHm值就可以计算普通化学反响的rHm 。即规范态下恒压反响热。-1()C() H =1.897kJ molC石墨金钢石 生成焓是热化学计算中非常重要的数据，经过比较一样类型化合物的生成焓数据，可以判别这些化合物的相对稳定性。例如：Ag2O与Na2O相比较，因Ag2O生成时放出热量少，因此

28、比较不稳定(见表1-1)。表表1-1 Ag2O与与Na2O 生成焓的比较生成焓的比较300以上分解加热不分解-31.1-414.2Ag2ONa2O稳定性物质1(298.15)/()fHKkJ mol 4、 盖斯定律盖斯定律 其成立的缘由，在于当时研讨的反响，都是在恒压下进展的。即反响体系压强和外压相等，这时 Qp = rH。H 是形状函数，故 rH 不受途径影响。 即 Hess 定律暗含的条件 每步均恒压。 盖斯定律也可表述为：化学反响的焓变，盖斯定律也可表述为：化学反响的焓变，决议于反响物的始态和生成物的终态，而与决议于反响物的始态和生成物的终态，而与过程的途径无关过程的途径无关. 一个化学反响，不论是一步完成，还是分数步一个化学反响，不论是一步完成，还是分数步完成，其热效应是一样的。完成，其热效应是一样的。盖斯盖斯 (Hess) 定律的运用定律的运用始态终态中间态HH1H2或H H1 H2H Hi 一个化学反响假设能分解成几步来完成,总反响的焓变DrH 等于各分步反响的焓变DrHi之和.例例4：知：知(1) C(s) + O2(g) CO2(g) DH1 = 393.5kJmol1(2) CO(g) + O2(g) CO2(g) DH2 = 283.0kJmol1求求 C(s) + O